Protokół ten opisuje wytwarzanie hydrożeli poliakrylamidowych o sztywności do badania wpływu mechaniki macierzy na zachowanie komórek Leydiga macierzystych w kontrolowanym dwuwymiarowym systemie hodowli.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
* These authors contributed equally
Protokół ten opisuje wytwarzanie hydrożeli poliakrylamidowych o sztywności do badania wpływu mechaniki macierzy na zachowanie komórek Leydiga macierzystych w kontrolowanym dwuwymiarowym systemie hodowli.
Sztywność macierzy zewnątrzkomórkowej (ECM) krytycznie reguluje zachowanie komórek macierzystych. Wcześniej wykazaliśmy, że patologiczne zwiększanie sztywności macierzy podczas starzenia zaburza homeostazę komórek Leydiga (SLC) komórek macierzystych, prowadząc do spadku poziomu testosteronu. Bazując na tym odkryciu, przedstawiamy tutaj szczegółowy protokół — pierwotnie opracowany w naszym laboratorium — do wytwarzania hydrożeli poliakrylamidowych (PA) o sztywności do modelowania mikrośrodowiska jąder in vitro. Metoda ta umożliwia powtarzalne odlewanie żeli w zakresie sztywności od 1 do 100 kPa, obejmując warunki fizjologiczne i patologiczne. Kluczowe kroki obejmują precyzyjne mieszanie akrylamidu/bis-akrylamidu, wyrównanie pęcznienia żelu, aktywację powierzchni Sulfo-SANPAH oraz powłokę kolagenową wspierającą adhezję i hodowlę SLC. Oferujemy zoptymalizowane formuły dotyczące sztywności docelowych oraz wskazówki dotyczące rozwiązywania problemów z typowymi problemami, takimi jak niepełna polimeryzacja i słabe przyczepienie komórek. System ten umożliwia systematyczne badania tego, jak sztywność podłoża moduluje proliferację, różnicowanie i funkcję sterydogenną SLC w określonych warunkach dwuwymiarowych. Poza biologią rozrodu, stanowi także cenną platformę do badań mechanobiologicznych innych typów komórek oraz do przesiewowych terapii wymierzonych w zaburzenia związane ze sztywnością.
Właściwości mechaniczne macierzy zewnątrzkomórkowej (ECM) odgrywają kluczową rolę w regulacji losu komórek macierzystych, w tym w proliferacji, różnicowaniu i utrzymaniu funkcjonalności 1,2,3,4. W jądrze zesztywnienie ECM związane z wiekiem zostało powiązane ze spadkiem produkcji testosteronu. Jednak podstawowe mechanizmy mechanobiologiczne pozostają słabo poznane, częściowo z powodu braku standaryzowanych modeli in vitro, które wiernie oddają zakres fizjologicznej sztywności niszy jąder. Fizjologiczna sztywność młodej tkanki jąder myszy wynosi około 1–15 kPa, podczas gdy starzej lub włóknistej tkanki może osiągać 20–30 kPa lub więcej.
Hydrożele poliakrylamidu (PA) stały się wszechstronną platformą do badania interakcji między komórką a macierzą, ponieważ ich sztywność można precyzyjnie dostrojić poprzez zmianę stosunku akrylamidu do bisakrylamidu 5,6. W porównaniu z innymi podłożami, takimi jak szkło pokryte kolagenem czy komercyjne hydrożele, żele PA oferują niezależną kontrolę sztywności i biochemicznej gęstości ligandów, umożliwiając systematyczną analizę sygnałów mechanicznych. Chociaż istnieje kilka protokołów dla produkcji żelu PA 7,8,9, często brakuje im szczegółowej optymalizacji dla konkretnych typów komórek, szczególnie dla rzadkich komórek pierwotnych, takich jak SLC.
Przedstawiamy tutaj solidny i powtarzalny protokół przygotowania hydrożeli PA o określonej sztywności (1–100 kPa), dostosowany do hodowli myszy SLC. Metoda obejmuje instrukcje krok po kroku dotyczące odlewania żelu, wyrównywania opuchnięć, funkcjonalizacji powierzchni za pomocą Sulfo-SANPAH oraz powłoki kolagenowej wspierającej przyczepność komórek. Stosując ten protokół, naukowcy mogą generować podłoża o regulowanej sztywności (od 1 do 100 kPa), które naśladują środowisko mechaniczne młodych (miękkich) i starzejących się (sztywnych) jąder, umożliwiając ilościowe badania odpowiedzi SLC zależnych od sztywności. System jest również adaptacyjny do innych typów komórek mechanoczułych i stanowi platformę do badań przesiewowych na obecność leków wymierzonych w patologie związane ze sztywnością.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wszystkie procedury na zwierzętach zostały zatwierdzone przez Instytucjonalny Komitet ds. Opieki i Wykorzystania Zwierząt Uniwersytetu Sun Yat-sena (Nr Zatwierdzenia SYSU-IACUC-2026-B1278) i zostały wykonane zgodnie z wytycznymi instytucjonalnymi.
1. Izolacja i hodowla pierwotnych myszy SLC
2. Montaż szklanego pojemnika do odlewania żelu
3. Przygotowanie roztworu żelowego PAGE
4. Dodanie inicjatora i katalizatora oraz odlewanie żelu
5. Wlewanie mieszanego roztworu
6. Pozwalanie żelowi na polimeryzację
7. Rozłożenie pojemnika i pobranie żelu
8. Cięcie i przeniesienie żelu na płytkę hodowlową
9. Początkowe płukanie i promieniowanie UV
10. Aktywacja krzyżowca Sulfo-SANPAH
11. Aktywacja krzyżowca i końcowe płukania
12. Przygotowanie roztworu do pracy kolagenu typu I z ogonem szczura
13. Powłoka kolagenowa i inkubacja
14. Wtórne napromieniowanie UV i utrwalanie
15. Usuń niezwiązany kolagen i komórki nasienne
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Pomyślne wdrożenie tego protokołu daje poliakrylamidowe hydrożele o określonej sztywności (od 1 do 100 kPa), które pozostają mocno przymocowane do płytki hodowli i wspierają solidną przyczepność oraz rozprzestrzenianie się SLC. Rysunek 1 przedstawia schematyczny przegląd całego procesu pracy, od odlewania żelu po siewnictwo komórek, umożliwiając użytkownikom wizualizację kluczowych etapów protokołu.
Mechaniczna walidacja hydrożeli poliakrylamidowych (sztywność doc...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Właściwości mechaniczne macierzy zewnątrzkomórkowej odgrywają fundamentalną rolę w regulacji zachowania komórek macierzystych, jednak narzędzia do systematycznego badania tych efektów w komórkach rozrodczych pozostają ograniczone. Nasze wcześniejsze badania wykazały, że usztywnianie matrycy patologicznej podczas starzenia się zakłóca homeostazę komórek Leydiga (SLC) w osi Piezo1/ROS/Gli1, prowadząc do spadku testosteronu10. Bazując na tym odkryciu, opracowaliśmy protokół hydrożelowy poliakrylamido...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Finansowanie tego projektu zapewniły Narodowy Program Badań Kluczowych Chińskich Badań nad Komórkami Macierzystymi i Badaniami Translacyjnymi (2021YFA1100601), Narodowa Fundacja Nauk Przyrodniczych Chin (82371608), Guangdong Basic and Applied Basic Research Foundation (2023B1515020016) oraz Program Badań Podstawowych w Shenzhen (JCYJ20240813150417024, JCYJ20240813150422030).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Kwas octowy | Sigma-Aldrich | Kat#A6283 | Rozcieńczalnik dla kolagenu z ogona szczura (0,02 M) |
| Acryiamide | Sangon Biotech | Cat#A100341-0500 | Monomer do przygotowania żelu poliakrylamidowego |
| Persiarczan amonu (APS) | Sangon Biotech | Katalog#A100486-0100 | Inicjator polimeryzacji żelowej |
| Suplement B27 | Invitrogen | Cat#A1486701 | Zdefiniowany suplement wzbogacony o antyoksydanty i hormony; wspiera przeżywalność neuronów i komórek macierzystych (2% v/v) |
| Podstawowy czynnik wzrostu fibroblastów (bFGF) | Invitrogen | Cat#13256029 | Czynnik wzrostu mitogeniczny; Sprzyja proliferacji SLC i stemnessnessu (20 ng/mL) |
| Bisakrylamid | Shanghai yuanye Bio-Technology | Cat#S14002 | Crosslinker do żeli poliakrylamidowych |
| Ekstrakt z zarodka kurczaka | Biologicals w USA | Cat#C3999 | Bogate źródło czynników wzrostu i składników odżywczych; wspiera wzrost SLC i jego opłacalność (5% v/v) |
| Kolagen, typ I, z ogonu szczura | YEASEN | Katalog#40125ES50 | Pokrywa powierzchnię hydrożelu poliakrylamidowego aktywowaną przez sulfo-SANPAH, aby wspierać adhezję i hodowlę SLC. |
| Kolagenaza typu IV | Gibco | Katalog#17104-019 | 1 mg/mL w DMEM/F12 do trawienia tkanki jądrowej |
| CYP11A1 przeciwciała | GeneTex | Cat#GTX56293 | Dla western blottingu |
| Deksametazon | Sigma-Aldrich | Cat#D1756 | Agonista receptora glukokortykoidowego; wspiera proliferację SLC i utrzymanie stemnessu (1 nM) |
| Medium DMEM/F12 | Gibco | Cat#11320033 | Podłoże bazalne do trawienia, płukania i hodowli SLC |
| Czynnik wzrostu naskórka (EGF) | PeproTech | Cat#AF-100-15 | Stymuluje proliferację SLC i utrzymuje stan niezróżnicowany (20 ng/mL) |
| Serum bydła płodu (FBS) | VISTECH | Cat#SE100-011 | Stosowany w 10% do zatrzymania aktywności kolagenazy |
| Fidżi | Nie ma | https://imagej.net/Fiji | Oprogramowanie do analizy obrazów |
| Przeciwciało GADPH | Proteintech | Cat#60004-1-Ig | Dla western blottingu |
| Enzymy trawiące żelowe | Dokładna biotechnologia | Cat#GXDLFA | Mieszanina enzymów do trawienia tkanki jąder i izolacji SLC |
| HEPES | Cytiva | Cat#SH30237.01 | Bufor, aby utrzymać pH 7,0 i dash; 7.4 |
| HSD3β Przeciwciało | Santa Cruz | Cat#sc-515120 | Dla western blottingu |
| Sorter komórek influxowych | BD | https://www.bdbiosciences.com/content/dam/bdb/marketing-documents/BD_Influx_tech_specs.pdf | |
| Insulina-transferyna-selenit sodu (ITS) | Sigma-Aldrich | Cat#11074547001 | Wspiera przeżywalność komórek, pobieranie glukozy oraz ochronę antyoksydacyjną (5 & mu; g/L) |
| Zastępstwo serum KnockOut (KSR) | Gibco | Katalog#10828-028 | Substytut serum dla medium hodowlanego SLC |
| LIF (Czynnik hamujący białaczkę) | Millipore | Cat#LIF1010 | Cytokina, która utrzymuje pluripotencję komórek macierzystych i samoodnawianie (1 ng/mL) |
| Jądra myszy | Ten artykuł | Nie ma | Izolowane od myszy C57BL/6 |
| Zestaw ELISA do testosteronu myszy | Fine Biotech | Kata#40203ES80 | Do ilościowego określenia testosteronu w supernatantach hodowli |
| Mysz: C57BL/6 | Shenzhen TopBiotech | Nie ma | Szczep myszy używany do pobierania jąder |
| Mysz: Jądrowe komórki macierzyste Leydiga (SLC) | Ten artykuł | Nie ma | Komórki pierwotne wyizolowane z jąder myszy |
| Suplement N2 | Invitrogen | Cat#17502001 | Zdefiniowany suplement bezsurowiczy wspierający hodowlę komórek nerwowych i macierzystych (1% v/v) |
| Aminokwasy nieistotne | HyClone | Katalog#SH30050.03 | Dostarcza źródła azotu do syntezy białek i metabolizmu komórkowego (1% v/v) |
| Onkostatyna M (OSM) | PeproTech | Kata#300-10T | Cytokiny zaangażowane w regulację różnicowania SLC i dojrzewanie komórek Leydiga (20 ng/mL) |
| Sól fizjologiczna z buforem fosforanowym (PBS) | Gibco | Cat#10010023 | Buffer do mycia i ponownej zawieszenia |
| Czynnik wzrostu pochodzący od płytek krwi (PDGF) | PeproTech | Kata#100-14B | Wspiera proliferację, migrację i przeżywalność komórek (20 ng/mL) |
| Prism 9.0 | GraphPad | https://www.graphpad.com/ | Oprogramowanie do analizy statystycznej i tworzenia wykresów |
| Przeciwciało StAR | Proteintech | Cat#67130-1-Ig | Dla western blottingu |
| Sulfo-SANPAH | MACKLIN | Katalog#102568-43-4 | Heterobifunkcjonalny crosslinker do aktywacji powierzchni żelowej |
| TEMED | Phygene | Cat#PH0341 | Katalizator polimeryzacji |
| β-Merkaptoetanol | Invitrogen | Cat#21985023 | Zmniejsza stres oksydacyjny i wspiera wzrost komórek w hodowli (0,1 mM) |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.